今天，造價(jià)2億元、每秒峰值運(yùn)算速度超過200萬億次的超級(jí)計(jì)算機(jī)“魔方”，開始在上海高速運(yùn)轉(zhuǎn)。

    這臺(tái)運(yùn)算速度世界第十、亞洲第一的超級(jí)計(jì)算機(jī)，經(jīng)過整整一個(gè)月的軟硬件安裝、上電調(diào)試，終于在張江高科技園區(qū)投入運(yùn)行，迎來第一批高性能計(jì)算業(yè)務(wù)。

    由此，中國(guó)正式邁入了每秒運(yùn)算速度超百萬億次的計(jì)算機(jī)時(shí)代，一個(gè)全新的時(shí)代。

    新排名：全球第十快

    亞洲“運(yùn)算最快”的計(jì)算機(jī)長(zhǎng)什么樣？

    日前，記者來到上海超級(jí)計(jì)算中心，在中心三期工程的主機(jī)房?jī)?nèi)，見到的“魔方”，外表就像幾十個(gè)黑色電話亭排列在一起。每個(gè)“電話亭”其實(shí)就是一個(gè)機(jī)柜。其中42個(gè)運(yùn)算節(jié)點(diǎn)機(jī)柜，每個(gè)都集成了200顆四核CPU，每個(gè)都相當(dāng)于800臺(tái)普通家用電腦的運(yùn)算能力。還有15個(gè)存儲(chǔ)機(jī)柜，使全機(jī)總存儲(chǔ)容量達(dá)到500TB（千萬億字節(jié)），相當(dāng)于整整50萬個(gè)1G的U盤。此外，還有10個(gè)網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜用于機(jī)柜通信。連通這數(shù)十個(gè)大機(jī)柜需要的網(wǎng)線長(zhǎng)約30公里，差不多可以從市中心人民廣場(chǎng)鋪到浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)。

    上海超級(jí)計(jì)算中心副主任袁俊介紹，超級(jí)計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)原理并不復(fù)雜，就是讓數(shù)千臺(tái)乃至上萬臺(tái)計(jì)算機(jī)協(xié)作，變成一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)，術(shù)語叫并行計(jì)算。“魔方”采用的是刀片機(jī)群體系架構(gòu)，每個(gè)刀片就是一個(gè)服務(wù)器，能協(xié)同工作?！澳Х健边\(yùn)行起來的峰值速度，每秒超過200萬億次。

    在“魔方”機(jī)房的隔壁就是它的前任：每秒運(yùn)算10萬億次的“曙光4000A”機(jī)群。如今“魔方”的2個(gè)機(jī)柜就抵得上前一代機(jī)組的全部“腦力”，當(dāng)然運(yùn)算成本也更高———盡管采用了低功耗的處理器和內(nèi)存、先進(jìn)的水冷散熱系統(tǒng)，但僅調(diào)試期間，“魔方”的每日電費(fèi)就高達(dá)3萬元。

    “魔方”所采用的“曙光5000A”機(jī)型去年取得了“全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)”的第十名，2004年時(shí)“曙光4000A”獲得過相同的世界排名，但現(xiàn)在“曙光4000A”已掉出排行榜。同在上海超算中心，于2000年引進(jìn)的第一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)、每秒運(yùn)算3800多億次的“神威I號(hào)”已光榮退役，安身在計(jì)算機(jī)科技館內(nèi)。短短幾年，全球超級(jí)計(jì)算機(jī)的整體速度提升了至少20倍。著名的“摩爾定律”指出，計(jì)算機(jī)微處理器芯片的性能每18個(gè)月會(huì)翻倍。以高級(jí)筆記本電腦為例，運(yùn)算速度已在這3年間增長(zhǎng)近10倍。但“超算500強(qiáng)”比這個(gè)定律更快，500個(gè)超算系統(tǒng)的性能總和大約每14個(gè)月就翻一番。

    “魔方”的成功啟動(dòng)令世人對(duì)“中國(guó)速度”另眼相看，因?yàn)樗悄壳笆澜缜笆_(tái)最強(qiáng)大超算中唯一的“非美籍”，也使我國(guó)成為美國(guó)之后第二個(gè)研制出實(shí)測(cè)峰值“超百萬億次”超算的國(guó)家。

    新應(yīng)用：助力“國(guó)際金融中心”

    誰將是“魔方”的客戶？

    袁俊介紹，理論、試驗(yàn)和計(jì)算是現(xiàn)在科技創(chuàng)新的三大支柱，而超級(jí)計(jì)算機(jī)則是高端計(jì)算能力的支撐，既可以對(duì)物理現(xiàn)象仿真和模擬，對(duì)復(fù)雜數(shù)據(jù)分析，也可以用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)中復(fù)雜的設(shè)計(jì)計(jì)算。在2000年上海超級(jí)計(jì)算中心初創(chuàng)之時(shí)，“神威I號(hào)”還只是上海市氣象局、中科院上海藥物研究所等少量高端用戶的秘密武器。而到2004年引進(jìn)的“曙光4000A”高性能計(jì)算機(jī)，則把應(yīng)用推廣到更大范圍：我國(guó)自行研制的支線飛機(jī)ARJ21—700完美首飛，背后有著超級(jí)計(jì)算機(jī)5年的保駕護(hù)航；上海汽車、奇瑞汽車研發(fā)的自主品牌車型也依靠著超級(jí)計(jì)算機(jī)的助力加油。用超級(jí)計(jì)算機(jī)來模擬“撞車”，不僅節(jié)約了成本，更縮短了研發(fā)周期。這幾乎成了全世界汽車巨頭無一例外采用的法寶。近幾年，中國(guó)的汽車廠商也逐漸嘗到了這“虛擬撞車”的甜頭……

    2008年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，“曙光4000A”平均利用率達(dá)到了88.5%。通常，80%的利用率已接近極限，即使這樣還有許多單位排隊(duì)等候上機(jī)。而有了“魔方”，上海超算的“腦力”增長(zhǎng)了20倍?！笆锕?000A”正在支撐的300多個(gè)用戶，將大部分移師“魔方”，包括氣象預(yù)報(bào)、生物藥物、生命科學(xué)、汽車、核電、鋼鐵、新材料、土木工程、物理、化學(xué)、航空、航天、船舶等數(shù)十個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。

    除了舊有的項(xiàng)目之外，“魔方”還被期待以重任：上海市著力發(fā)展的九大高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，如商用飛機(jī)、新材料、醫(yī)藥、重大裝備、新能源以及電動(dòng)車等六個(gè)領(lǐng)域都將依賴高性能計(jì)算技術(shù)。

    此外，也許有一天你所搭乘的國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)，不僅機(jī)身設(shè)計(jì)靠的是超級(jí)計(jì)算機(jī)的貢獻(xiàn)，連出現(xiàn)在你面前的飛行員、空姐排班順序也是超級(jí)計(jì)算機(jī)所決定的。隨著乘務(wù)人員和航班數(shù)量的大幅增加，排列組合的可能性也指數(shù)級(jí)增加，傳統(tǒng)的Excel已黔驢技窮，因此也要“借腦”來算一算。

    “超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)”排行榜中，美國(guó)入圍的291臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)中有35臺(tái)用于金融企業(yè)或相關(guān)機(jī)構(gòu)。未來，“魔方”將助力上海國(guó)際金融中心建設(shè)，為金融機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)衍生產(chǎn)品、控制風(fēng)險(xiǎn)、提供各種計(jì)算解決方案。

    新競(jìng)賽：每一秒都在追趕

    每年兩次發(fā)布的“超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)”排行榜，被譽(yù)為衡量國(guó)際高性能計(jì)算機(jī)應(yīng)用狀況的“晴雨表”。去年11月，“魔方”所采用的“曙光5000A”機(jī)型拿到了第十名，而前九名都由美國(guó)的廠商制造。包括“魔方”，榜單上中國(guó)共有15臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)入500強(qiáng)，在發(fā)展中國(guó)家名列第一。

    “這個(gè)榜單隨時(shí)都在變化，但中國(guó)這幾年的表現(xiàn)非常強(qiáng)勁?！鄙虾３?jí)計(jì)算中心高性能計(jì)算架構(gòu)師姚繼鋒說。在“魔方”誕生后，《****》一篇評(píng)論認(rèn)為中國(guó)已跨入全球高性能計(jì)算市場(chǎng)的“第一陣營(yíng)”。

    “每一天，每一小時(shí)，每一秒在追趕，在不斷試圖縮小與美、日等國(guó)的差距?！笔锕夤究偛脷v軍這樣形容中國(guó)在超級(jí)計(jì)算機(jī)研究和制造方面的努力。1993年“超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)排行榜”誕生時(shí)，中國(guó)內(nèi)地?zé)o一入圍。據(jù)說1990年代初，中石油集團(tuán)因勘探需要引進(jìn)了一臺(tái)IBM的超級(jí)計(jì)算機(jī)，但對(duì)方的條件是監(jiān)控這臺(tái)計(jì)算機(jī)的用途。中石油不得不專門造了一座玻璃房子，讓美國(guó)人24小時(shí)監(jiān)控。當(dāng)時(shí)的國(guó)家科委主任宋健將此事稱為“中國(guó)人的奇恥大辱”。

    至今，美國(guó)仍對(duì)中國(guó)禁運(yùn)百萬億次超級(jí)計(jì)算機(jī)及其關(guān)鍵零部件。中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程，用歷軍的話是“民族責(zé)任感與商業(yè)價(jià)值取向的一種融合”。在今天，隨著高性能計(jì)算從科學(xué)研究逐步擴(kuò)展到金融精算、動(dòng)漫制作等多個(gè)領(lǐng)域，后者的價(jià)值更是日益顯現(xiàn)。經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)動(dòng)下，全球超級(jí)計(jì)算機(jī)競(jìng)爭(zhēng)正日趨白熱化。2002年至2004年，35萬億次的日本超級(jí)計(jì)算機(jī)“地球模擬器”始終排名第一，而隨后的四年內(nèi)第一名的速度提升了31倍，接近1100萬億次。目前，日本每秒能進(jìn)行1京（1萬萬億）次浮點(diǎn)運(yùn)算的“通用京速計(jì)算機(jī)”，已在研制中。英特爾公司的高級(jí)合伙人斯蒂夫預(yù)測(cè)，2018年我們也許可以看到比現(xiàn)在最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)———運(yùn)算速度達(dá)1000萬次的“走鵑”快1000倍的計(jì)算機(jī)。

    中國(guó)各地也掀起了競(jìng)賽。姚繼鋒介紹，深圳、廣州、天津、山東都有建造超級(jí)計(jì)算中心的計(jì)劃，其中深圳的華南超級(jí)計(jì)算中心、天津?yàn)I海的國(guó)家超級(jí)計(jì)算機(jī)天津中心，瞄準(zhǔn)的都是千萬億次的運(yùn)算級(jí)別。最近，NEC（中國(guó)）有限公司也與武漢東西湖區(qū)簽約，將投資7億元打造中部首個(gè)超級(jí)計(jì)算中心及研發(fā)技術(shù)園。

    新挑戰(zhàn)：從芯片到軟件開發(fā)

    雖然“魔方”已經(jīng)位列全球超級(jí)計(jì)算機(jī)的前十位，與運(yùn)算速度最快的IBM“走鵑”差距不過1.5代，但如果從更多的方面考究，這個(gè)差距并不止于此。

    “盡管主要零部件都實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，但中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)的中央處理器芯片目前仍依賴國(guó)外廠商”，袁俊告訴記者。比如目前中國(guó)最先進(jìn)的兩臺(tái)百萬級(jí)超級(jí)計(jì)算機(jī)，聯(lián)想的“深騰7000”和曙光的“曙光5000A”，分別采用了英特爾和超威半導(dǎo)體（AMD）的處理器，這兩家都是美國(guó)的處理器制造商。在去年中國(guó)國(guó)內(nèi)的“超級(jí)計(jì)算機(jī)100強(qiáng)”中，95%的處理器來自英特爾和AMD。

    令人興奮的是，曙光公司總裁歷軍此前曾透露，“曙光千萬億次機(jī)曙光6000將在2010年推出，屆時(shí)會(huì)采用自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的龍芯處理器。”據(jù)悉，計(jì)劃使用的處理器為“龍芯”第三代產(chǎn)品，這將標(biāo)志中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)質(zhì)的突破。

    “相比技術(shù)，應(yīng)用上的差距更大?！痹≌f。目前超級(jí)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用軟件系統(tǒng)大多需要進(jìn)口，“很貴，動(dòng)輒一個(gè)軟件就要上百萬元人民幣，很多企業(yè)都用不起?！币^鋒告訴記者，隨著高性能計(jì)算機(jī)中CPU數(shù)量越來越多，應(yīng)用程序編制難度將越來越大，而一些在軟件行業(yè)中具有壟斷性質(zhì)的企業(yè)，往往把自己的產(chǎn)品和IBM、HP的高端產(chǎn)品捆綁銷售，這令國(guó)產(chǎn)軟件在超級(jí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用方面要取得突破，可能比系統(tǒng)研制更為艱難。

    由于成本很高，相比美國(guó)企業(yè)用超級(jí)計(jì)算尋找防止薯片從裝配線上滑落的方法，中國(guó)許多企業(yè)還沒有用上這個(gè)研發(fā)利器，超級(jí)計(jì)算機(jī)仍主要為高端研發(fā)機(jī)構(gòu)所用。據(jù)2008年的統(tǒng)計(jì)，從使用超級(jí)計(jì)算機(jī)的機(jī)器數(shù)量上看，能源行業(yè)占據(jù)了35%，其次是**部門（12%）和科學(xué)計(jì)算（10%）。而從使用超級(jí)計(jì)算機(jī)的性能上看，科學(xué)計(jì)算占到了第一位，占33.13%，其次是能源（28.01%）和**部門（7.03%）。

    據(jù)悉，過幾天，2009年全新“超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)”排行榜將發(fā)布。超級(jí)計(jì)算機(jī)的競(jìng)賽仍在無止境進(jìn)行，“魔方”的勝利只是一個(gè)“節(jié)點(diǎn)”。我們期待著更多的突破，更快的中國(guó)新速度。